宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kà揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音n)不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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